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铸造烧结法是一种制备铁基表面复合材料的新工艺方法。根据铸造烧结法的工艺特点,本文开展了TiC颗粒增强铁基表面复合材料复合层在液态成形条件下的燃烧行为研究;并针对过程中的主反应Ti+C→TiC开展了Fe-Ti-C三元系在金属液作用下燃烧行为的研究;同时,采用热模拟方法对该体系在电场下的燃烧行为进行了较为系统的研究。采用热模拟方法对体系进行研究,可以从另一侧面认识体系在热场下的燃烧行为。由于铸造烧结法作为一种制备铁基表面复合材料的全新工艺方法,发展的时间短,尚缺乏关于过程的基础性研究,所以,本研究是一项具有创新意义和较高理论价值的研究工作。首先对复合层在液态成形条件下的燃烧行为进行了研究。采用不同几何结构的试样,研究了不同的金属液和复合层组份条件对复合层燃烧行为的影响;分析了在液态成形条件下,复合层内燃烧反应的点火特征和燃烧传递特征。研究结果表明:在液态成形的条件下,表面复合层内燃烧反应的激发依赖于金属液的浇注温度和金属液对复合层所产生的热冲击强度,表面复合层内的燃烧反应在铁液的作用下能够被激发;当采用铝液时,复合层内的燃烧反应不能被激发;通过测试复合层内的温度场发现,表面复合层在热场作用下的点火过程表现出了较为典型的热平板点火特征;而点火延迟时间受控于复合层组份条件,尤其是非反应组份的含量以及液态成形特殊的热交换条件,非组份含量增加了复合层内燃烧反应的点火时间延迟;当复合层内的反应被激发时,反应放热将导致金属液温度的突升,这时复合层内的热流传递方向发生改变,金属液从能量的供给体系转变成为能量的吸收体系,这是复合层在液态成形条件下所表现出的燃烧环境的特殊性,说明金属液对复合层燃烧反应过程的综合影响;由于非反应组份的存在和液态成形特殊的热交换环境,使得表面复合层内的燃烧传<WP=7>递较为困难,容易发生“淬息”,导致复合层的燃烧无法完成;复合层内燃烧反应的这种传递特征已经成为铁基表面复合材料工件制备的关键控制因素。因此,必须严格地控制复合层的工艺厚度和各工艺条件才能确保材料的成功制备。考虑到液态成形过程影响因素多,过程控制困难等原因,为了进一步深入研究体系的燃烧行为特征,采用了Gleeble-1500D热模拟试验仪对Fe-Ti-C系进行了热模拟研究。基于Gleeble-1500D的热模拟实验,试样的加热是通过电场作用完成的。通过借用热模拟试验仪本身对加热过程高度控制的优势,来研究燃烧合成体系的组份条件和其它工艺条件对体系燃烧行为的影响。研究结果表明:在电场作用下,Fe-Ti-C三元系的燃烧反应不仅能够被直接激发,且体系发生燃烧反应的开始温度较低;甚至当预设的加热温度仅为430℃时,体系的燃烧反应也能够被激发,并能够在电场的持续作用下完成。所以,体系发生燃烧反应的开始温度较低是体系在电场作用下所表现出的最重要的燃烧行为特征,也是本研究的最为重要的研究成果之一。当体系发生燃烧反应时,将导致试样体系的收缩,研究结果显示,体系的燃烧反应与收缩有着非常密切的内在关系,体系升温动力学曲线和收缩动力学曲线的结果说明,体系燃烧反应与体系的收缩几乎同步发生,且体系收缩的进程依赖于体系的燃烧反应进程;研究结果同时表明:在电场作用下,体系的燃烧行为受控于体系的组份条件、预设加热温度和预设加热速度。当加热条件相同时,随Fe-Ti-C三元系中Fe含量的增加,体系发生燃烧反应的开始温度提高,燃烧模式有所转变,表现为燃烧对外部能量的依赖性增强,燃烧的不稳定性增加;当预设加热温度提高时,体系燃烧反应发生的开始温度总的趋势表现为下降,体现出加热温度为体系燃烧反应发生的必要条件的特征;预设加热速度对体系燃烧行为的影响规律说明,对于一定的体系存在一临界的加热速度,只有当预设的加热速度大于该临界值时,体系的燃烧反应才能被激发,且随着预设加热速度的提高,不仅体系燃烧反应发生的开始温度降低,而且燃烧对外部能量的依赖减弱,燃烧稳定性提高,中间相易被消除;更为重要的是,通过提高预设加热速度,本研究实现了Fe含量为75wt%体系的燃烧合成,这是本研究的又一重要研究成果。这一研究成果不仅说明外场强度对体系燃烧的重要影响,而且表明可以通过提<WP=8>高外场强度直接实现低热体系的燃烧合成,可拓宽材料合成的范围和领域。通过对实验结果的分析,根据对纯铁材料在电场作用下致密化过程的研究,并以固体物理理论为基础,本研究探讨了电场对体系燃烧合成的作用机制,分析了体系在电场作用下能量的获得方式,认为:电场将对体系反应物元素的扩散提供附加的贡献,电场对扩散的附加贡献为低温下物质的扩散提供了有利的条件;在电场作用下,体系能量的获得主要源于颗粒界面处所产生的焦耳热,也可能包括因电场作用产生场致发射效应所提供的能量;由于体系在低温下能获得巨大的能量,促使物质的扩散,导致了燃烧反应的发生。而在热场条件下,由于金属液提供的能量有限,对体系反应物元素进行加速扩散的贡献相对较小,所以,在热场条件下表面复合层内燃烧反应被激发和维持就变得较为困难。根据所提出的电场对体系的作用机制以及对体系能量获得方式的分析,能够较好地解释燃烧合成体系在电场作用下低温时温度的变化规律;也可以